貴州省興仁市富硒耕地土壤地球化學(xué)特征及來源分析

李丕鵬，黎富當(dāng)，鮑大忠，莫光員，袁盛博

(1.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局二總隊，六盤水 553004；2.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局核資源地質(zhì)調(diào)查院，貴陽 550005)

1 引言

硒是人體所必需的微量元素之一。研究表明，攝入適量硒能預(yù)防心血管等疾病，硒有抗癌作用、抗氧化作用、拮抗有害重金屬的作用，有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成的功能；硒夠增強(qiáng)人體免疫力、硒能夠增強(qiáng)生殖功能、能夠調(diào)節(jié)維生素A、維生素C、維生素E、維生素K的吸收與利用(謝薇，2019；何亞琳，1996；賈十軍，2013)。土壤硒是人類攝取硒的主要來源，因此對于土壤硒的來源及其影響因素研究已成為熱點。

筆者在貴州省興仁市耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價項目基礎(chǔ)上，通過對該區(qū)耕地土壤中Se元素地球化學(xué)特征及來源進(jìn)行分析研究，并對興仁市耕地土壤中Se元素含量影像因素進(jìn)行討論，以期為當(dāng)?shù)睾侠碛行У拈_發(fā)利用富硒土地資源提供地球化學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

3 材料與方法

3.1 樣品采集、加工、測試

3.2 數(shù)據(jù)處理與圖件制作

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計采用Exce2010完成，圖件制作由土地質(zhì)量地球化學(xué)評價管理與維護(hù)(應(yīng)用)子系統(tǒng)、Arcgis 10.2以及地球化學(xué)圖采用地球化學(xué)勘查一體化軟件完成。

4 結(jié)果與分析

4.1 富硒耕地資源分布

貴州省耕地質(zhì)量調(diào)查評價工作，將耕地土壤中硒元素含量>0.4 mg/kg作為富硒耕地土壤劃分標(biāo)準(zhǔn)，硒元素含量0.2-0.4為含硒耕地劃分標(biāo)準(zhǔn)。按照該標(biāo)準(zhǔn)，興仁市共圈定富硒耕地面積 31.45 萬畝(圖1)，占全市耕地面積的34.02%；共圈定含硒耕地面積 57.26 萬畝，占全市耕地面積的61.94%。

4.2 耕地土壤中硒元素地球化學(xué)特征

以調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，做出研究區(qū)Se元素地球化學(xué)圖(圖2)，對照興仁市地質(zhì)圖發(fā)現(xiàn)，高值區(qū)主要分布在P2q-m的灰?guī)r及P3l-c的煤系地層中；低值區(qū)主要分布在T3ls、T1f、T1y等地層單元陸源碎屑巖中；其他地質(zhì)單元呈現(xiàn)背景值?？傮w與地質(zhì)背景吻合較好。

圖1 興仁市富硒耕地土壤分布圖

圖2 興仁市耕地表層土壤Se元素地球化學(xué)圖

4.3 耕地土壤硒的來源分析

針對富硒土壤Se的來源，已經(jīng)有許多專家學(xué)者進(jìn)行了探討，他們指出土壤硒除了受成土母質(zhì)的直接影響外，還與表生環(huán)境中硒的遷移循環(huán)過程有關(guān)?？偟恼J(rèn)為，土壤硒有各種來源，如成土母質(zhì)、大氣沉降、灌溉水、污泥、農(nóng)用石灰、化學(xué)肥料、人工加硒等，其中成土母質(zhì)是主要來源(覃勇新，2013；廖啟林，2020；宋明義，2013)。本研究主要從成土母質(zhì)、大氣干濕沉降、灌溉水三個方向進(jìn)行分析。

4.3.1 成土母質(zhì)

成土母質(zhì)是土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，是制約土壤中元素含量的重要因素(黃子龍，2018)。前人研究發(fā)現(xiàn)，不同成土母質(zhì)由于物質(zhì)來源、組成以及氣候、生物、地貌、構(gòu)造運動等的差異，其硒含量存在一定的差異性，如變質(zhì)巖>巖漿巖>沉積巖和酸性巖>基性巖(魏振山，2016)。對評價區(qū)內(nèi)不同類型成土母質(zhì)單元硒含量的統(tǒng)計(表1)發(fā)現(xiàn)，從表中可看出，成土母巖上生成的高硒土壤主要是含煤碎屑巖，其次是白云巖，占比最大的石灰?guī)r及陸源碎屑巖均較低。說明了含煤碎屑巖可能是評價區(qū)耕地土壤Se高含量的來源。

同時對評價區(qū)不同剖面上采集的8件巖石及對應(yīng)土壤樣品含量進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn)(表2)，巖石樣品中Se含量較高的樣品都是含煤碎屑巖，進(jìn)一步證明了含煤碎屑巖是評價區(qū)耕地土壤Se高含量的來源。

表1 興仁市不同巖石形成耕地土壤Se元素含量特征表

表2 興仁市巖石及對應(yīng)耕地土壤樣品Se含量特征表

4.3.2 大氣干濕沉降

在生物地球化學(xué)循環(huán)中，大氣干濕沉降是硒輸入土壤的重要途徑，如每年大氣圈接受天然和人為硒總量為 15×109g(夏學(xué)齊，2012)。已有研究表明，由于海水中硒濃度較高，濕沉降是東南沿海地區(qū)土壤硒的重要來源，降水量越大，土壤中硒含量越高，土壤硒含量與降水量二者呈顯著相關(guān)關(guān)系(陳錦平，2019；孫國新，2017)。本次調(diào)查評價項目采集的3件大氣干濕沉降樣品Se元素最大含量為0.045 mg/kg，說明大氣干濕沉降并非土壤硒的來源。

4.3.3 灌溉水

灌溉水對于提高農(nóng)作物產(chǎn)量具有重要的意義，也是土壤元素的來源之一。興仁市耕地質(zhì)量調(diào)查評價項目采集的26件灌溉水樣品Se元素含量皆小于檢測限0.2 ug/L，說明灌溉水并非土壤硒的來源。

5 討論

5.1 土壤類型對耕地土壤硒含量的影響

不同類型土壤硒含量存在較大差異(李健，1989)。本研究以調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，統(tǒng)計分析了興仁市不同土壤類型樣品Se元素地球化學(xué)參數(shù)(表3)，由表可知，全市耕地土壤除了石灰土和紫色土中Se元素含量算術(shù)平均值小于全市算術(shù)平均值0.42 mg/kg，黃壤、黃棕壤和水稻土中Se元素含量平均值都大于全市Se元素含量平均值，其中黃棕壤Se元素含量平均值接近于全市Se元素含量算術(shù)平均值的兩倍。耕地土壤類型對Se元素含量的影響表現(xiàn)為：黃棕壤>水稻土>黃壤>紫色土>石灰土。因此不同類型土壤對硒含量影響較大。

表3 興仁市不同土壤類型耕地土壤Se元素含量特征表

5.2 土地利用類型對耕地土壤硒含量的影響

不同的耕地屬性決定其不同的利用方式和不同的管理措施，這均會對土壤營養(yǎng)元素的富集造成影響(范成五等，2014)。本研究以調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，統(tǒng)計分析了興仁市不同種類耕地樣品Se元素地球化學(xué)參數(shù)(表4)，由表可知，耕地種類對Se元素含量的影響表現(xiàn)為：水田>旱地>果園>茶園，這可能與水田和旱地不同的耕作方式及施肥管理措施有關(guān)。因此土地利用類型對耕地土壤硒含量有一定影響。

表4 興仁市不同種類耕地土壤Se元素含量特征表

5.3 土壤理化性質(zhì)對耕地土壤硒含量的影響

(1)土壤有機(jī)質(zhì)

有機(jī)質(zhì)是影響土壤硒含量的重要因素。以往研究結(jié)果表明，土壤有機(jī)質(zhì)與土壤硒含量存在較高的正相關(guān)關(guān)系(謝薇，2019)。本研究以調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，做出土壤Se含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量的相關(guān)關(guān)系圖(圖3)，由圖可知，土壤有機(jī)質(zhì)與土壤硒含量存在較高的正相關(guān)關(guān)系，和以往研究結(jié)論一致，相關(guān)系數(shù)R達(dá)到了0.546 6。有機(jī)質(zhì)對硒的影響主要表現(xiàn)為吸附和固定作用，有機(jī)質(zhì)含量越豐富的土壤，對于土壤中硒的吸附能力也就越強(qiáng)。

圖3 興仁市耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量與硒含量的相關(guān)關(guān)系圖

(2)pH值

土壤pH值被認(rèn)為是影響土壤硒含量的重要因素之一(楊志強(qiáng)，2014；戴慧敏，2015)，通過控制土壤硒元素的活性進(jìn)而影響作物硒含量。如浙江金華富硒地區(qū)酸性旱地土壤的pH值與硒含量呈顯著負(fù)相關(guān)(張運強(qiáng)，2012)。對評價區(qū)內(nèi)不同酸堿度土壤硒含量的統(tǒng)計(表5)發(fā)現(xiàn)，硒含量算術(shù)平均值從高到低依次為：強(qiáng)酸性>酸性>中性>堿性，表明土壤的pH值與硒含量呈顯著負(fù)相關(guān)，和以往研究結(jié)論一致。這是因為在酸性環(huán)境中硒的甲基化弱，從而使土壤中硒能夠穩(wěn)定存在。

6 結(jié)論

(2)興仁市耕地土壤中Se含量主要來源于成土母質(zhì)，成土母巖上生成的高硒土壤主要是含煤碎屑巖，其次是白云巖，占比最大的石灰?guī)r及陸源碎屑巖均較低，含煤碎屑巖是評價區(qū)耕地土壤Se高含量的來源。同時受土壤類型、土地利用方式、有機(jī)質(zhì)含量和pH值的影響。

表5 興仁市不同pH值耕地土壤Se元素含量特征表